一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的製作方法
2023-05-30 16:51:36
專利名稱：一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種衝蝕試驗機，尤其是這樣一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其用於模擬試驗高壓管件在高壓力條件下的磨損衝蝕性能。
背景技術：
在油氣田增產作業時，通常採用酸化壓裂技術，酸化壓裂作業中用到的高壓流體控制元件通常要承受住高達IOOMPa以上的壓力，元件承受極大的內應力同時，還要承受高速流動的含沙酸液的衝蝕與腐蝕，因此，在工作過程中高壓流體控制元件極易破壞，導致管內高壓流體外洩，造成生產事故。目前，由於很難對IOOMPa以上的高壓作業工況進行真實模擬試驗，因此，公知的衝蝕機沒有考慮試樣在受如此高的拉壓應力條件下的衝蝕試驗。公知技術中，在試驗試樣的衝蝕性能時，只是將試樣置於衝蝕流體下衝蝕，而酸化壓裂中的高壓流體控制元件承受的是高達IOOMI5a壓力的含沙酸液的衝蝕作用，試樣在承受了極高的應力作用後又受流體衝蝕，其工況與受簡單的衝蝕作用明顯不同。由於公知的衝蝕機在做試樣衝蝕試驗時，試樣僅受衝蝕，而不承受高壓，因此，目前，公知技術對酸化壓裂作業中的部件失效機理缺乏可靠的試驗支持，導致無法深入研究，嚴重影響了施工進度，並造成了安全隱患。有鑑於上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生產設計經驗，研製出本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，以有效地模擬高壓管件的衝蝕磨損情況，得到可靠的試驗數據。
發明內容
本發明目的在於提供一種衝蝕機，尤其是一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，能對半圓形管件施加軸向與環向拉應力和噴射高速衝蝕液，模擬高壓管件實際工況中所受的應力和衝蝕作用，以彌補對石油增產作業中的酸化壓裂條件下高壓管件衝蝕磨損性能缺乏試驗研究的現狀。為此，本發明提出一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其至少包括高速射流循環系統，其具有供液裝置，以及與所述供液裝置相連接的噴嘴；試驗機主機，其至少具有基架，設置在所述基架上的水槽、試樣裝夾機構和支架；其中，所述試樣裝夾機構能擺動地與所述支架相連接，試樣固定在所述試樣裝夾機構內，所述噴嘴能對所述試樣進行衝蝕噴射；所述水槽設置在所述支架下部，收集由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液；所述支架和所述噴嘴至少其中之一能移動地設置在所述基架上。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述試樣裝夾機構具有一箱體，固定在所述箱體內的試樣支撐件；所述試樣抵靠所述試樣支撐件，並與所述箱體固定連接； 兩環向拉伸板對應設置在所述試樣支撐件的兩側，兩所述環向拉伸板相對應的一端能分別在厚度方向與所述試樣的側壁固定連接，一軸向拉伸板的一端能與所述試樣的頂面固定連接，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板的另一端分別連接一施力機構，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板能轉動地與所述箱體固定連接，構成向所述試樣施加拉力的施力槓桿。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述箱體為一個有底柱狀體，其頂部設有一上蓋板，與所述試樣支撐件相對應的前側壁上設有開口，所述噴嘴能伸入所述開如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，一上支撐板設置在所述上蓋板上部，並具有貫穿所述上蓋板延伸至所述箱體內的第一固定部，所述軸向拉伸板與所述第一固定部能轉動地固定連接。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，一前支撐板設置在所述箱體的外側，並對應於所述試樣支撐件，所述前支撐板具有貫穿所述箱體的前支撐板延伸至所述箱體內的第二固定部和第三固定部，兩個所述環向拉伸板分別與所述第二、第三固定部能轉動地固定連接；所述前支撐板上設有與所述箱體前側壁上設置的開口相匹配的開槽。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述箱體內還設有三個與所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板相對應的支撐臺；所述施力機構包括分別貫穿並支撐於所述支撐臺的三個液壓螺栓拉伸器，以及與所述液壓螺栓拉伸器相連接的液壓泵，三個所述液壓螺栓拉伸器分別與所述軸向拉伸板、兩個所述環向拉伸板相連接。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述支架能移動地設置在所述基架上；所述支架包括一底板，兩個對應設置在所述底板上部的支座，所述箱體的兩相對應側分別通過耳軸與所述支座能擺動地相連接；所述支架的下部設有能將所述支架固定在所述基架規定位置的固定機構。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述基架上方設有兩條水平導軌， 所述支架能移動地設置在所述導軌上；所述固定機構具有沿所述底板向下延伸的固定側板，以及一穿過所述固定側板能抵頂於所述導軌的位置緊定螺栓。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述箱體的側壁上設有一個以上的定位孔，所述支座上設有能與所述定位孔相對應的通孔，一固定銷能穿過所述通孔並插置於所述定位孔內，從而將所述箱體固定在規定的位置。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述基架上設有固定架，所述噴嘴能上、下調節地設置在所述固定架上。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述基架上設有軌道，所述固定架能移動地設置在所述軌道上，以調節所述噴嘴與所述試樣的距離，且所述固定架的下部設有能將所述固定架固定在所述基架規定位置的固定裝置。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述試樣為半圓形管件，所述試樣支撐件具有與所述箱體相連接的安裝部，所述安裝部遠離所述噴嘴的一側凸設有與所述半圓形管件相配合的凸圓弧形支撐部，所述支撐部中間設有衝蝕液槽。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述供液裝置包括儲液罐，連接在所述噴嘴和儲液罐之間的壓加泵，所述儲液罐與所述水槽相連接，以回收由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述試樣裝夾機構外部設有一保護罩，所述保護罩與所述水槽固定連接。如上所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其中，所述上蓋板小於所述箱體的底部面積，且所述上蓋板與所述箱體側壁之間設有加強筋；且所述試樣裝夾機構外部設有一保護罩，所述保護罩與所述水槽固定連接。本發明的特點和優點是本發明提出的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機能夠在試驗室中，通過液壓螺栓拉伸器控制調整拉力的大小，可對半圓形高壓直管試樣施加高達IOOMPa的軸向與環向拉應力，來模擬在酸化壓裂中，實際工況下的衝蝕液對高壓應力下的高壓管件的衝蝕磨損情況，對施工部件的失效機理提供可靠的試驗支持，以減少生產中的安全隱患，提高施工進度。本發明通過超高壓的液壓泵帶動三個液壓螺栓拉伸器可以對軸向拉伸板和兩個環向拉伸板施加大約10噸的拉力，軸向拉伸板和兩個環向拉伸板分別相對於銷軸轉動，利用槓桿原理，所述軸向拉伸板和兩個環向拉伸板的端部分別對與之固定連接的試樣施加軸向和周向拉力，該拉力足以使1000平方毫米截面積的試樣產生IOOMPa的拉應力，在該狀態下，由噴嘴21對試樣5進行衝蝕噴射，含沙酸液以大約20m/s的速度衝擊試樣。在試驗過程，可以根據要求對試樣裝夾機構任意調節角度與水平位置，噴嘴可任意調節上下位置。藉助於本發明的結構，能夠由數據採集系統實時採集試驗過程中的各種數據，對試樣在高應力狀態下的耐衝蝕、磨損性能進行分析，以對試樣在此工況下的失效機理進行深入的研究。本發明的衝蝕試驗機能夠在試驗室中，通過改變試驗條件，即通過液壓螺栓拉伸器控制調整對試樣的拉力大小，使半圓形高壓直管試樣承受高達IOOMPa的軸向與環向拉應力；通過調整試樣裝夾機構與支架的角度關係來調整試樣的角度，通過將支座或支撐噴嘴的固定架設置在基架的不同位置，從而使試樣(高壓管件)受到高壓含沙酸化液體不同方向和速度的衝蝕，有效地模擬了高壓管件在酸化壓裂工況條件下的衝蝕磨損，對施工部件的失效機理提供可靠的試驗支持，以減少生產中的安全隱患，提高施工進度。
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，圖1是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機結構示意圖；圖2是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機主機結構示意圖；圖3是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣裝夾機構立體結構示意圖；圖4是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣裝夾機構後視示意圖；圖5是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機去除箱體後的試樣裝夾機構結構示意圖；圖6是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣支撐件的立體結構示意圖；圖7是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣支撐件的俯視示意圖；圖8是固定在本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機內的試樣結構示意圖。附圖標號說明1、試驗機主機10、試樣裝夾機構 101、箱體1010、支撐臺1011、上蓋板1012、前側壁1013、開口1014、上支撐板10141、第一固定部 1015、左、右側壁 1016、前支撐板 10161、第二固
定部
10162、第三固定部10160、開槽1017、耳軸 1018、定位孔
1019、加強筋102、試樣支撐件1020、支撐部 1021、安裝部
1022、衝蝕液槽103、環向拉伸板1031、1032、1040、銷軸
104、軸向拉伸板105、固定銷11、基架 110、導軌
12、水槽13、支架131、底板 132、支座
134、固定側板135、位置緊定螺栓2、高速射流循環系統
20、供液裝置201、儲液罐202、管路 203、液力泵
21、噴嘴 3、施力機構 30、液壓泵
31、32、33、液壓螺栓拉伸器 4、保護罩5、試樣
51、螺紋孔 52、通孔, 6、固定架60、固定管
61、調節杆 62、固定套 63、緊固螺栓
具體實施例方式本發明提出的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，至少包括高速射流循環系統，其具有供液裝置，與所述供液裝置相連接的噴嘴；試驗機主機，其至少具有基架，設置在所述基架上的水槽、試樣裝夾機構和支架；其中，所述試樣裝夾機構能擺動地與所述支架相連接，試樣固定在所述試樣裝夾機構內，所述噴嘴能對所述試樣進行衝蝕噴射；所述水槽設置在所述支架下部，收集由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液；所述支架和所述噴嘴至少其中之一能移動地設置在所述基架上。本發明通過試樣裝夾機構對試樣施加較高的拉力，在試驗過程中方便地調節試樣與噴嘴的空間位置，從而獲得試樣在高應力條件下處於不同位置、角度時承受衝蝕液的衝蝕磨損性能。此外，本發明的試驗機能夠方便地回收並循環使用噴嘴噴射出的衝蝕液，降低了試驗成本。進一步，所述試樣裝夾機構具有一箱體，固定在所述箱體內的試樣支撐件；所述試樣抵靠所述試樣支撐件，並與所述箱體固定連接；兩環向拉伸板對應設置在所述試樣支撐件的兩側，兩所述環向拉伸板相對應的一端能分別在厚度方向與所述試樣的側壁固定連接，一軸向拉伸板的一端能與所述試樣的頂面固定連接，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板的另一端分別連接一施力機構，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板能轉動地與所述箱體固定連接，構成向所述試樣施加拉力的施力槓桿。本發明的衝蝕試驗機通過軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板能夠對試樣的軸向和周向施加高達10噸的拉力，使試樣在承受lOOMI^a的拉應力狀態下，受到噴嘴噴射出的高速含沙酸液衝蝕時，獲得高壓管件的衝蝕磨損情況。由於IOOMI5a壓力是極高的壓力，在酸化壓裂中，這麼高的壓力作用可壓裂石油鑽井中的地層巖石。為了保證試驗室作業的安全性，減少設備成本，並取得與實際壓應力下的管件受衝蝕磨損情況，本發明採用對試樣施加拉力作用，模擬實際工況下的流體靜壓力，然後再用高速流體對試樣進行衝蝕，從而獲得可靠的試驗數據，以深入研究管件的失效機理， 提高生產效率和安全性。一個可行的技術方案是，所述支架能移動地設置在所述基架上；所述支架包括一底板，兩個對應設置在所述底板上部的支座，所述箱體的兩相對應側分別通過耳軸與所述支座能擺動地相連接；所述支架的下部設有能將所述支架固定在所述基架規定位置的固定機構。進一步地，所述基架上方設有兩條水平導軌，所述支架能移動地設置在所述導軌上；所述固定機構具有一沿所述底板向下延伸的固定側板，以及一穿過所述固定側板能抵頂於所述導軌的位置緊定螺栓。另外，所述箱體的側壁上設有一個以上的定位孔，所述支座上設有能與所述定位孔相對應的通孔，一固定銷能穿過所述通孔並插置於所述定位孔內，從而將所述箱體固定在規定的位置。此外，所述基架上設有固定架，所述噴嘴能上、下調節地設置在所述固定架上。在另一個可選的實施例中，還可以在所述基架上設置軌道，所述固定架能移動地設置在所述軌道上，以調節所述噴嘴與所述試樣的距離，且所述固定架的下部設有能將所述固定架固定在所述基架規定位置的安裝部。本發明的試樣為半圓形管件，所述試樣支撐件具有與所述箱體相連接的安裝部， 所述安裝部遠離所述噴嘴的一側凸設有與所述半圓形管件相配合的凸圓弧形支撐部，所述支撐部中間設有衝蝕液槽。所述供液裝置包括儲液罐，連接在所述噴嘴和儲液罐之間的壓加泵，所述儲液罐與所述水槽相連接，以回收由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液。為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的具體實施方式
、結構、特徵及功效，詳細說明如後。另外，通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。圖1是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機結構示意圖；圖2是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機主機結構示意圖；圖3是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣裝夾機構立體結構示意圖；圖4是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣裝夾機構後視示意圖；圖5是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機去除箱體後的試樣裝夾機構結構示意圖；圖6是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣支撐件的立體結構示意圖；圖7 是本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機的試樣支撐件的俯視示意圖；圖8是固定在本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機內的試樣結構示意圖。如圖1、圖2所示，本發明的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機至少包括高速射流循環系統2，其具有供液裝置20，與所述供液裝置相連接的噴嘴21 ；試驗機主機1，其至少具有基架11，設置在所述基架11上的水槽12、試樣裝夾機構10和支架13 ；其中，所述試樣裝夾機構10能擺動地與所述支架13相連接，試樣5固定在所述試樣裝夾機構10內，所述噴嘴21 能對所述試樣進行衝蝕噴射；所述水槽12設置在所述支架下部，收集由所述試樣裝夾機構 10排出的衝蝕液，並通過管路將回收的衝蝕液輸送到供液裝置20的儲液罐201內循環利用。所述支架13和所述噴嘴21至少其中之一能移動地設置在所述基架11上，以便於調整噴嘴21與試樣5之間的距離，獲取不同位置條件下的試驗數據。請配合參見圖2-5，在一個可行的技術方案中，所述試樣裝夾機構10具有一箱體 101，固定在所述箱體101內的試樣支撐件102。所述試樣5抵靠所述試樣支撐件102，其底面並與所述箱體101固定連接。兩環向拉伸板103對應設置在所述試樣支撐件102的兩側，兩所述環向拉伸板103相對應的一端能分別在厚度方向與所述試樣5的側壁固定連接，一軸向拉伸板104的一端能與所述試樣5的頂面固定連接，所述軸向拉伸板104、兩所述環向拉伸板103的另一端分別連接一施力機構3，所述軸向拉伸板104、兩所述環向拉伸板103 能轉動地與所述箱體101固定連接，構成向所述試樣5施加拉力的施力槓桿。進一步，所述箱體101為一個有底柱狀體，在一個具體實施例中，箱體101為矩形， 其頂部設有一上蓋板1011，與所述試樣支撐件102相對應的前側壁1012上設有開口 1013， 所述噴嘴21能伸入所述開口 1013。其中，可以將所述上蓋板1011設置成小於所述箱體101的底部面積，使上蓋板 1011與前側壁1012之間具有一定的間距，以便於試樣5的安裝、調整噴嘴21與試樣5之間的距離，並能有利於在試驗過程中對試樣5的衝蝕情況的觀察。為了保證箱體101的強度， 在所述上蓋板1011與所述箱體101的前側壁1012之間設有加強筋1019，如圖3中所示，在試樣5的兩側位置設置了兩個加強筋1019。一個可選擇的方案是，一上支撐板1014設置在所述上蓋板1011上部，並具有貫穿所述上蓋板1011延伸至所述箱體101內的第一固定部10141，所述軸向拉伸板104通過銷軸1040與所述第一固定部10141能轉動地固定連接。一前支撐板1016設置在所述箱體101的外側，並對應於所述試樣支撐件102，所述前支撐板1016具有貫穿所述箱體101的前側壁1012延伸至所述箱體內的第二固定部 10161和第三固定部10162，兩個所述環向拉伸板103分別通過銷軸1031、1032與所述第二、第三固定部10161、10162能轉動地固定連接；所述前支撐板1016上設有與所述箱體前側壁1012上設置的開口 1013相匹配的開槽10160。在使用過程中，所述軸向拉伸板104和兩個所述環向拉伸板103是以箱體101之間的連接為支點進行轉動，由於施加在各拉伸板上的拉力很大，因此連接處易於損壞，為了方便更換和降低設備的維修成本，優選將所述軸向拉伸板104和兩個所述環向拉伸板103 分別通過上支撐板1014和前支撐板1016與箱體101相連接，由上支撐板1014和前支撐板 1016對連接軸向拉伸板104和兩個所述環向拉伸板103的銷軸1031、1032、1040起固定支持作用，當該連接處損壞時，可以將上支撐板1014或前支撐板1016方便地從箱體101上取下進行更換。進一步地，所述箱體101內還設有三個與所述軸向拉伸板104、兩所述環向拉伸板 103相對應的支撐臺1010。所述施力機構3包括分別貫穿並支撐於所述支撐臺1010的三個液壓螺栓拉伸器31、32、33，以及與所述液壓螺栓拉伸器31、32、33相連接的液壓泵30，三個所述液壓螺栓拉伸器31、32、33分別與所述軸向拉伸板104、兩個所述環向拉伸板103相連接，能分別對所述軸向拉伸板104、兩所述環向拉伸板103施力，使軸向拉伸板104、兩所述環向拉伸板103分別以第一固定部10141、第二固定部10161和第三固定部10162為支點轉動，從而通過各拉伸板與試樣5的連接端分別向試樣施加軸向和周向的拉力。其中，如圖 5所示，例如該支撐臺可以設置為匚形，軸向拉伸板104、兩個環向拉伸板103的寬度與支撐臺1010的開口處相匹配，並能嵌置於其內，該支撐臺1010的結構不加以限制，只要能支撐各液壓螺栓拉伸器31、32、33就可以。在另一個可選擇的方案中，所述支架13能移動地設置在所述基架11上；所述支架 13包括一底板131，設置在所述底板131上部、兩個相對應的支座132，所述箱體101的兩相
9對應側分別通過一耳軸1017與所述支座132能擺動地相連接；所述支架的下部設有能將所述支架固定在所述基架11規定位置的固定機構。進一步，所述基架11上方設有兩條水平導軌110，所述支架13能移動地設置在所述導軌110上；所述固定機構具有沿所述底板131向下延伸的固定側板134，以及一穿過所述固定側板134能抵頂於所述導軌110的位置緊定螺栓135。所述箱體101的側壁上設有一個以上的定位孔1018，所述支座132上設有能與所述定位孔1018相對應的通孔，一固定銷105能穿過所述通孔並插置於所述定位孔1018內， 從而將所述箱體101固定在規定的位置。在可選擇的方案中，所述基架11上設有固定架6，所述噴嘴21能上、下調節地設置在所述固定架6上。在另一個可選擇的方案中，還可以在所述基架11上設有軌道(圖中未示出)，所述固定架6能移動地設置在所述軌道上，以調節所述噴嘴21與所述試樣5的距離，且所述固定架6的下部設有能將所述固定架固定在所述基架11規定位置的固定裝置。該固定裝置的結構可以與上述固定機構類似，也可以採用其它公知的結構，只要能將固定架固定在規定的位置即可。進一步地，如圖6、圖7所示，為了方便定位呈半圓形管件的試樣5，可以將所述試樣支撐件102形成為具有與所述箱體101相連接的安裝部1021，所述安裝部1021遠離所述噴嘴21的一側凸設有與所述半圓形管件相配合的凸圓弧形支撐部1020，所述支撐部1020 中間設有衝蝕液槽1022，由噴嘴21噴射出的衝蝕液穿過衝蝕液槽1022對承受高應力狀態下的試樣5進行衝蝕。本發明的附圖中僅示出了以液壓螺栓拉伸器作為施力機構的一種實施方式，但並不限於此，只要能對試樣5施加高的軸向和環向拉力的機構都屬於發明的保護範圍。例如， 所述施力機構還可以採用公知的齒輪齒條機構，即在設置所述液壓螺栓拉伸器31、32、33 的位置安裝齒輪機構，通過齒輪逐漸嚙合上緊以達到施加拉力的作用。通過齒輪齒條間的相互嚙合作用，根據公知的齒輪傳動定理可知，齒輪一端一個較小的力可使齒輪另一端產生一個較大的力，從而對試樣施加高拉力。此外，所述供液裝置20包括儲液罐201，通過管路202連接在所述噴嘴21和儲液罐201之間的液力泵203，所述儲液罐與所述水槽12相連接，以回收由所述試樣裝夾機構 10排出的衝蝕液。為保證試驗過程的安全，可以在試驗機主機1的外部加裝一保護罩4，在一個具體的實施例中，如圖1所述，該保護罩4是設置在所述試樣裝夾機構10的外部，所述保護罩4 的底部四周與所述水槽12的四周固定連接。本發明提出的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，用於檢測管形試樣在高應力條件下的磨損性能，該衝蝕試驗機由試驗機主機1和高速射流循環系統2組成。在一個具體實施例中，該試驗機主體1從下到上具有基架11、水槽12、試樣裝夾機構10、支架13和保護罩4， 其中，所述試樣裝夾機構10安裝於基架11上方的兩條平行的水平導軌110上，可沿水平導軌110前後移動到適當位置，通過沿支架13的底板131向下延伸的固定側板134，以及一穿過所述固定側板134能抵頂於所述導軌110的位置緊定螺栓135固定。所述的試樣裝夾機構10具有一箱體101，所述箱體101內設有一塊軸向拉伸板104和兩塊環向拉伸板103組成，所述的軸向拉伸板104和兩個環向拉伸板103由三根不同的銷軸1040、1031、1032固接於箱體101上。三塊所述的拉伸板的一端分別與固定在箱體內並抵靠於試樣支撐件102的試樣5固定連接，而另一端則分別與三個液壓螺栓拉伸器31、32、33相連接，液壓螺栓拉伸器31、32、33分別通過固定在箱體101內的三個支撐臺1010安裝於箱體上，由超高壓液壓泵30施加拉伸力，通過拉伸板的槓桿作用對試樣5施加載荷。上述的水槽12安裝於基架 11上，保護罩4與水槽12由螺栓連接，保護整個試樣裝夾機構10。上述箱體101可由厚鋼板焊接而成，具有很高的強度，為各拉伸板104、103及液壓螺栓拉伸器31、32、33提供支撐。如圖3所示，所述箱體101具有上蓋板1011、前側壁1012、 左、右側壁1015、上支撐板1014、前支撐板1016、上蓋板1011與前側壁1012之間設置的加強筋1019和液壓螺栓拉伸器支撐臺1010，前述各部件在連接處均由焊接連接。上支撐板 1014安插於上蓋板1011上開設有槽孔中，前支撐板1016安插於前側壁1012上開設的槽孔中，且上支撐板1014具有延伸至所述箱體101內的第一固定部10141，所述軸向拉伸板104 通過銷軸1040與所述第一固定部10141能轉動地固定連接；前支撐板1016具有延伸至所述箱體101內的第二固定部10161和第三固定部10162，兩個所述環向拉伸板103分別通過銷軸1031、1032與所述第二、第三固定部10161、10162能轉動地固定連接。上述支架13具有底板131、左、右支座132，沿底板131向下延伸的固定側板134， 所述的試樣裝夾機構10通過耳軸1017與支架13相連接，並可繞耳軸1017旋轉，旋轉至所需角度後，可由固定銷105穿過左、右支座132上的通孔並插置於箱體左、右側壁1015上設置的定位孔1018內，從而將試樣裝夾機構10固定在規定的角度。通過調節試樣裝夾機構 10的角度，可以使試樣5能在不同衝擊角度下受衝蝕，從而能夠研究分析不同衝蝕角度對試樣5衝蝕的影響。而通過位置緊定螺栓135、固定側板134使支架13能固定在基架11的不同位置，以調節噴嘴21射出的衝蝕液與試樣5之間的距離，達到不同的試驗效果。用於支撐噴嘴21的固定架6具有固定管60、調節杆61、固定套62和緊固螺栓63， 其中固定管60可以焊接於基架11上(在另一個實施例中，該固定管60也可能移動地設置在基架11上設置的軌道上，並可以固定在規定的位置)，調節杆61安插於固定管60內，調整適當上下高度後，可由緊固螺栓63固定。所述固定套62可為兩半圓形，用於夾持固定噴嘴21。試樣5，如圖8所示，為半圓形的直管，為便於裝夾，在試樣5的上下面分別打有5 個螺紋孔51，左右側面分別打有4個通孔52，所述的試樣5上端由5個螺栓與軸向拉伸板 104固定連接，下端由5個螺栓與箱體101固定連接，分別由4個螺釘在厚度方向貫穿試樣 5的左右側壁與兩塊環向拉伸板103固定連接，而試樣5內環面壓緊抵靠於試樣支撐件102 的支撐部1020。本發明的工作原理是將固定有試樣5的試樣裝夾機構10和噴嘴21固定在基架 11的規定位置，將保護罩4蓋合固定在水槽12上。啟動超高壓的液壓泵30帶動三個液壓螺栓拉伸器31、32、33對軸向拉伸板104和兩個環向拉伸板103施加拉力，軸向拉伸板104 和兩個環向拉伸板103分別相對於銷軸1040、1031、1032轉動，利用槓桿原理，所述軸向拉伸板104和兩個環向拉伸板103的端部分別對與之固定連接的試樣5施加軸向和周向拉力，含沙酸液由液力泵203從儲液罐201抽出，並由噴嘴21對試樣5進行衝蝕噴射，噴射後的流體由保護罩4和水槽12收集後回流至儲液罐201內。在試驗過程，可以根據要求對試樣裝夾機構10任意調節角度與水平位置，噴嘴21可任意調節上下位置。在衝蝕過程中，由數據採集系統實時採集試驗過程中的各種數據，並對試樣5在高應力狀態下的耐衝蝕、磨損性能進行分析，以對試樣在此工況下的失效機理進行深入的研究。本發明的衝蝕試驗機能夠在試驗室中，可通過液壓螺栓拉伸器31、32、33控制調整對試樣5的拉力大小，對半圓形高壓直管試樣施加高達IOOMPa的軸向與環向拉應力；並通過調整試樣裝夾機構10與支架13的角度關係來調整試樣5的角度，通過將支座13或支撐噴嘴21的固定架6設置在基架11的不同位置，從而使試樣5受到不同方向和速度的衝蝕，有效地模擬了高壓管件在酸化壓裂工況條件下的衝蝕磨損，對施工部件的失效機理提供可靠的試驗支持，以減少生產中的安全隱患，提高施工進度。 以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。而且需要說明的是，本發明的各組成部分並不僅限於上述整體應用，本發明的說明書中描述的各技術特徵可以根據實際需要選擇一項單獨採用或選擇多項組合起來使用，因此，本發明理所當然地涵蓋了與本案發明點有關的其它組合及具體應用。
權利要求
1.一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述衝蝕試驗機至少包括高速射流循環系統，其具有供液裝置，以及與所述供液裝置相連接的噴嘴；試驗機主機，其至少具有基架，設置在所述基架上的水槽、試樣裝夾機構和支架；其中， 所述試樣裝夾機構能擺動地與所述支架相連接，試樣固定在所述試樣裝夾機構內，所述噴嘴能對所述試樣進行衝蝕噴射；所述水槽設置在所述支架下部，收集由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液；所述支架和所述噴嘴至少其中之一能移動地設置在所述基架上。
2.如權利要求1所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述試樣裝夾機構具有一箱體，固定在所述箱體內的試樣支撐件；所述試樣抵靠所述試樣支撐件，並與所述箱體固定連接；兩環向拉伸板對應設置在所述試樣支撐件的兩側，兩所述環向拉伸板相對應的一端能分別在厚度方向與所述試樣的側壁固定連接，一軸向拉伸板的一端能與所述試樣的頂面固定連接，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板的另一端分別連接一施力機構，所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板能轉動地與所述箱體固定連接，構成向所述試樣施加拉力的施力槓桿。
3.如權利要求2所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述箱體為一個有底柱狀體，其頂部設有一上蓋板，與所述試樣支撐件相對應的前側壁上設有開口，所述噴嘴能伸入所述開口。
4.如權利要求3所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，一上支撐板設置在所述上蓋板上部，並具有貫穿所述上蓋板延伸至所述箱體內的第一固定部，所述軸向拉伸板與所述第一固定部能轉動地固定連接。
5.如權利要求3所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，一前支撐板設置在所述箱體的外側，並對應於所述試樣支撐件，所述前支撐板具有貫穿所述箱體的前支撐板延伸至所述箱體內的第二固定部和第三固定部，兩個所述環向拉伸板分別與所述第二、第三固定部能轉動地固定連接；所述前支撐板上設有與所述箱體前側壁上設置的開口相匹配的開槽。
6.如權利要求2所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述施力機構為液壓驅動機構或齒輪齒條機構。
7.如權利要求6所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述箱體內還設有三個與所述軸向拉伸板、兩所述環向拉伸板相對應的支撐臺；所述施力機構包括分別貫穿並支撐於所述支撐臺的三個液壓螺栓拉伸器，以及與所述液壓螺栓拉伸器相連接的液壓泵，三個所述液壓螺栓拉伸器分別與所述軸向拉伸板、兩個所述環向拉伸板相連接。
8.如權利要求1所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述支架能移動地設置在所述基架上；所述支架包括一底板，兩個對應設置在所述底板上部的支座，所述箱體的兩相對應側分別通過耳軸與所述支座能擺動地相連接；所述支架的下部設有能將所述支架固定在所述基架規定位置的固定機構。
9.如權利要求8所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述基架上方設有兩條水平導軌，所述支架能移動地設置在所述導軌上；所述固定機構具有沿所述底板向下延伸的固定側板，以及一穿過所述固定側板能抵頂於所述導軌的位置緊定螺栓。
10.如權利要求8所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述箱體的側壁上設有一個以上的定位孔，所述支座上設有能與所述定位孔相對應的通孔，一固定銷能穿過所述通孔並插置於所述定位孔內，從而將所述箱體固定在規定的位置。
11.如權利要求1所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述基架上設有固定架，所述噴嘴能上、下調節地設置在所述固定架上。
12.如權利要求11所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述基架上設有軌道，所述固定架能移動地設置在所述軌道上，以調節所述噴嘴與所述試樣的距離，且所述固定架的下部設有能將所述固定架固定在所述基架規定位置的固定裝置。
13.如權利要求2所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述試樣為半圓形管件，所述試樣支撐件具有與所述箱體相連接的安裝部，所述安裝部遠離所述噴嘴的一側凸設有與所述半圓形管件相配合的凸圓弧形支撐部，所述支撐部中間設有衝蝕液槽。
14.如權利要求1所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述供液裝置包括儲液罐，連接在所述噴嘴和儲液罐之間的壓加泵，所述儲液罐與所述水槽相連接，以回收由所述試樣裝夾機構排出的衝蝕液。
15.如權利要求1所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述試樣裝夾機構外部設有一保護罩，所述保護罩與所述水槽固定連接。
16.如權利要求3所述的模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其特徵在於，所述上蓋板小於所述箱體的底部面積，且所述上蓋板與所述箱體側壁之間設有加強筋；且所述試樣裝夾機構外部設有一保護罩，所述保護罩與所述水槽固定連接。
全文摘要
本發明涉及到一種模擬高壓管匯的衝蝕試驗機，其包括高速射流循環系統，其具有供液裝置，以及與供液裝置相連接的噴嘴；試驗機主機，其至少具有基架，設置在基架上的水槽、試樣裝夾機構和支架；其中，試樣裝夾機構能擺動地與支架相連接，試樣固定在試樣裝夾機構內，噴嘴能對試樣進行衝蝕噴射；水槽設置在支架下部，收集由試樣裝夾機構排出的衝蝕液；支架和噴嘴至少其中之一能移動地設置在基架上。本發明的衝蝕試驗機能夠在試驗室中，通過液壓螺栓拉伸器控制調整拉力的大小，使試樣在承受高達100MPa的軸向與環向拉應力的情況下，模擬實際工況下的衝蝕液對高壓應力下的高壓管件的衝蝕磨損情況，對施工部件的失效機理提供可靠的試驗支持。
文檔編號G01N3/02GK102288503SQ20111019508
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年7月12日
發明者張來斌, 張繼信, 李佳玲, 樊建春, 溫東, 熊毅, 胡中利, 詹先覺, 謝永金 申請人:中國石油大學(北京)